增益压缩

　　当放大器的输入功率增加到使放大器的增益降低且引起输出功率呈非线性增大时，便发生增益压缩。任何放大器的增益都是输入 信号电平的函数，尽管在某些点 上输人电平足够高，但其增益仍 要下降，因此，放大器通常有自 动增益控制，如接收机中的中 放。这样在大信号输入时，增益 就自动压缩(降低)。目的是减 小强信号输入时，放大器动态范 围不足而引起的非线性失真。1

　　简介

　　当放大器的输入功率增加到使放大器的增益降低且引起输出功率呈非线性增大时，便发生增益压缩。

　　分析仪具有进行功率扫描以及频率扫描的能力。功率扫描有助于确定放大器的非线性性能。

　　1、放大器具有线性工作区，这里，增益恒定不变而与功率电平无关。这个区域内的增益通常称为线性增益 ；

　　2、随着输入功率的增加，放大器增益开始下降，放大器进入压缩区 ；

　　3、放大器压缩的最普通测量是 1-dB 压缩点。这定义为导致放大器增益有 1-dB 减小（相对于放大器的小信号增益）的输入功率（或有时为输出功率）。

　　意义

　　当用正弦波激励时，放大器的输出在压缩区不再呈正弦。某些放大器输出出现在谐波上，而不是只出现在输入信号的基频上。

　　随着输入功率的进一步增大，放大器变成饱和，输出功率维持不变。这时，进一步增大放大器输入功率不会改变输出功率。

　　在某些情况下，（如对行波管（ TWT ）放大器），在饱和之后输出功率实际上将随输入功率的继续增大而减小，这意味着放大器具有负增益。

　　由于增益是放大器工作所需参数，故了解引起增益压缩的最大输入信号是重要的。

　　测量增益压缩

　　逐个步骤说明如何进行下列用于确定放大器增益压缩的三项测量：

　　1、扫频增益压缩测量找出首先出现1-dB增益压缩的最低频率的位置。

　　2、扫描功率增益压缩 测量展示当功率斜波在特定频率点处（测量步骤1中找出）加到放大器上时，出现增益1-dB下降的输入功率。

　　3、绝对功率 测量展示压缩处的绝对功率输出（dBm） 。

　　增益压缩仿真相关参数设置

　　1、频率设置

　　由于信号频率不同，电路的增益压缩点也不同，因此在进行增益压缩仿真前，必须设置当前电路或系统的工作频率。选择增益压缩仿真控制器参数设置窗口中的“Freq”选项卡，可以打开频率设置界面。频率设置中各个参数含义如下。

　　Frequency：基波频率，可以通过频率参数设置窗VI中的“Add”按钮设置多个频率值。

　　Order：基波频率次数，表示基波频率谐波的最高次数，超过最高次数的谐波频率将被忽略。

　　Maximum mixing order：最大交调次数，在设置多个基波频率时，需要设置几个基波频率交叉调制产生的谐波次数。

　　2、增益压缩参数设置

　　增益压缩参数设置用来设置仿真的增益压缩值、输入/输出端口和输入/输出端口频率等参数。用户可以通过选择增益压缩仿真控制器设置窗口中的“XdB”选项卡进行增益压缩参数设置。增益压缩参数设置中的参数含义如下图所列。

　　3．增益压缩仿真系统参数设置

　　增益压缩仿真系统参数用来设置增益压缩仿真的静态工作点信息、初始假设信息、最终结果设置和预算设置等系统参数，用户可以通过选择增益压缩仿真控制器设置窗口中的“Params”选项卡进行系统参数设置。2

　　扫频增益压缩测量

　　1、扫频增益压缩测量找出首先出现1-dB增益压缩的频率点位置。

　　2、预置分析仪。

　　3、选择S21测量参数。

　　4、将分析仪的源功率设定到处于放大器输出响应的线性区（ 通常低于1-dB压缩点 10-dB ）。

　　5、选择外部衰减器（若需要的话），使放大器的输出功率受到足够衰减，以免引起接收机压缩或损坏分析仪的端口-2。

　　6、如下图所示连接放大器并提供直流偏置。

　　7、针对被测放大器进行分析仪设置。为了降低噪声的影响，您可能希望规定较窄的中频带宽。

　　8、移去放大器，进行直通响应校准。校准调整中务必包括衰减器和电缆，在对放大器进行测量时要用到他们。

　　9、将仪器状态储存到存储器中。

　　10、重新连接放大器。

　　11、将频标放在频率间隔的大致中心位置。

　　12、将分析仪的刻度调节到1 dB/格。

　　13、将迹线储存到存储器中并显示数据/存储器。

　　14、逐步增大源功率，直到在迹线的某一部分的第一个频率上观察到增益的1-dB压缩。

　　15、利用频标找出首先发生增益1-dB压缩处的频率。记下这个频率供后面的测量使用。

　　16、打印数据或将其储存到磁盘上。

　　扫描功率增益压缩测量

　　扫描功率增益压缩测量展示当功率斜波在特定频率（前面测量的步骤13中找出的频率）加到放大器上，　引起增益 1dB 下降的输入功率。

　　1、若还未找到特定频率，便进行前面的扫频增益压缩测量。

　　2、调整功率扫描工作方式下的S21测量，包括下列设置 ：

　　（1）将连续波频率设定到前面扫频增益压缩测量步骤14中指出的频率。

　　（2）输入扫描的起始和终止功率电平，起始功率应处在放大器响应的线性区（ 通常低于1dB压缩点10 dB ）。终止功率应在放大器响应的压缩区。

　　3、将刻度调节到1dB /格。

　　4、利用标记（包括参考标记）找出发生1dB 增益压缩处的输入功率。

　　5、打印书记或将其储存到磁盘上。

　　绝对输出功率测量

　　绝对功率测量展示在压缩处放大器的绝对功率输出（dBm）：

　　1、选择非比值（绝对）功率测量，若利用前面图中的测试装置，则选择B输入。

　　2、保留前面扫描功率增益压缩测量中所用的连续频率。

　　3、将标记设定到发生1dB增益压缩的输入功率电平。

　　4、针对最佳观察对显示的测量结果定标。

　　5、计读标记值，以找出发生增益1dB减小处放大器的绝对输出功率（dBm）。

　　6、打印数或将其储存到磁盘上。

　　注：测量校准不能应用于绝对功率。因此，若在分析仪之外存在任何衰减，便应以手动方式对其进行修正。

　　本词条内容贡献者为:

　　陈红 - 副教授 - 西南大学